- 单例模式（Singleton Pattern）
单例模式是一种设计模式，保证在应用程序的生命周期内，一个类只有一个实例，并且提供一个全局访问点来获取这个实例。它常用于需要共享资源（如数据库连接、配置对象等）的场景。
单例模式的关键点：
• 唯一性：只能创建该类的一个实例。
• 全局访问点：通过类的静态方法来访问这个唯一的实例。
• 延迟初始化：只有当第一次请求实例时，才会创建它。
C++ 实现单例模式
class Singleton {
public:
// 获取唯一实例的静态方法
static Singleton& GetInstance() {
static Singleton instance; // 懒汉式，调用时才创建
return instance;
}
// 删除拷贝构造函数和赋值操作符，防止拷贝
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
// 其他业务逻辑方法
void DoSomething() {
std::cout << "Doing something in Singleton instance." << std::endl;
}
private:
// 私有构造函数，外部无法直接创建实例
Singleton() {}
};
单例模式的工作原理：
1. 私有构造函数：通过将构造函数设为私有，禁止外部代码直接创建该类的实例。
2. 静态方法：通过一个静态方法 GetInstance() 提供访问类实例的全局接口。
3. 懒汉式：实例是在第一次调用 GetInstance() 时才创建的（懒汉式），这保证了只有在需要时才会分配内存。
4. 禁止拷贝和赋值：为了防止通过拷贝构造或赋值创建新的实例，将拷贝构造函数和赋值操作符设为 delete。
单例模式的应用场景：
• 全局配置类：应用程序中的配置对象，只需要一个实例。
• 日志系统：日志管理类，全局共享日志资源。
• 资源管理类：如数据库连接池、线程池等，需要全局唯一且共享的资源。
- 工厂模式（Factory Pattern）
工厂模式是一种创建型设计模式，用于定义一个接口用于创建对象，而将具体的对象创建过程延迟到子类或其他类中。它的核心思想是将对象的实例化与使用者分离，使得创建代码更加灵活、可扩展。
工厂模式的关键点：
• 封装对象创建逻辑：将对象的创建封装在工厂类中，使用者只需要知道工厂的接口，而不关心具体对象的创建过程。
• 解耦：工厂模式可以让客户端代码与具体的类解耦，客户端只需要知道工厂的接口，无需关心具体类的实现细节。
• 灵活可扩展：通过扩展新的具体工厂，能够很方便地引入新的对象类型，而不影响已有代码。
工厂模式的基本类型：
1. 简单工厂模式（Simple Factory Pattern）：工厂类根据传入的参数决定实例化哪种类。
2. 工厂方法模式（Factory Method Pattern）：定义一个工厂接口，将具体的实例化工作交由不同的子类实现。
3. 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）：提供一个接口，创建一系列相关的或依赖的对象，而无需指定具体类。
C++ 实现简单工厂模式
// 产品抽象类
class Product {
public:
virtual void Use() = 0;
virtual ~Product() = default;
};
// 具体产品类A
class ConcreteProductA : public Product {
public:
void Use() override {
std::cout << "Using Product A" << std::endl;
}
};
// 具体产品类B
class ConcreteProductB : public Product {
public:
void Use() override {
std::cout << "Using Product B" << std::endl;
}
};
// 工厂类
class SimpleFactory {
public:
// 创建产品的静态方法
static std::shared_ptr CreateProduct(const std::string& type) {
if (type == "A") {
return std::make_shared();
} else if (type == "B") {
return std::make_shared();
}
return nullptr;
}
};
工厂模式的工作原理：
1. 抽象产品类：定义了产品类的接口或抽象类，具体的产品类将继承并实现该接口。
2. 工厂类：包含一个或多个创建产品的静态方法（或接口），根据参数来创建具体的产品对象。
3. 客户端代码：通过调用工厂类的方法来创建具体的产品对象，并且只依赖于工厂接口，解耦了客户端与具体的产品类。
工厂模式的应用场景：
• 对象创建复杂或依赖于配置：当对象的创建需要复杂的逻辑时，将其封装到工厂类中更具灵活性。
• 需要灵活扩展：如果经常需要新增产品类型，工厂模式能方便地扩展产品，而无需修改客户端代码。
• 日志框架、数据库连接：根据不同的配置创建不同的数据库连接对象或日志系统。
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单例模式和工厂模式的对比与结合
• 单例模式确保某个类在系统中只有一个实例，并且可以全局访问。
• 工厂模式用于封装创建对象的逻辑，提供一种更灵活、可扩展的对象创建方式。
两者可以结合使用，例如一个工厂类本身可以是单例模式，这样整个系统中只有一个工厂对象负责创建产品对象。
单例和工厂结合的例子：
class ProductFactory {
public:
static ProductFactory& GetInstance() {
static ProductFactory instance;
return instance;
}
std::shared_ptr<Product> CreateProduct(const std::string& type) {
if (type == "A") {
return std::make_shared<ConcreteProductA>();
} else if (type == "B") {
return std::make_shared<ConcreteProductB>();
}
return nullptr;
}
// 禁止拷贝和赋值
ProductFactory(const ProductFactory&) = delete;
ProductFactory& operator=(const ProductFactory&) = delete;
private:
ProductFactory() {} // 私有化构造函数
};
总结：
• 单例模式：保证一个类有且仅有一个实例，适用于共享资源的场景。
• 工厂模式：封装对象创建逻辑，允许灵活创建不同的对象，适用于需要动态实例化对象的场景。